基于两种不同软基处理方法的高填土路基稳定性分析(1)

现代交通技术

ＭｏｄｅｒｎＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｖｏｌ．４Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２００７

基于两种不同软基处理方法的

高填土路基稳定性分析

刘

流

（江苏省交通科学研究院，江苏南京２１００１７）

摘

要：以实际工程为研究背景，从方案设计、稳定性分析和施工控制等方面，对高速公路软基处理中高填土路

堤的稳定性控制进行了较详细的理论分析和研究，介绍了将成果应用于施工实践的成功经验，以期为类似工程的设计和施工提供借鉴。

关键词：高速公路；软基处理；高填土路基；稳定性分析中图分类号：Ｕ４１６．１

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７２－９８８９（２００７）０５－００２４－０４

ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＨｉｇｈＲｏａｄｂｅｄＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔＭｅｔｈｏｄｓｉｎｔｈｅ

Ｓｏｆｔ－ｂａｓｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔＨｉｇｈｗａｙＰｒｏｊｅｃｔ

ＬｉｕＬｉｕ

（ＪｉａｇｓｕＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｐｒｏｊｅｃｔ，ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｈｉｇｈｒｏａｄｂｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｈｉｇｈｗａｙｐｒｏｊｅｃｔｉｓｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｆｒｏｍｐｒｏｊｅｃｔｄｅｓｉｇｎ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｉｌｉｔｙ．Ｓｏｍｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅａｎｄｍｅａｓｕｒｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔａｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｃｏｎｃｅｒｎｅｄ，ａｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｉｔｉｓｈｏｐｅｄｔｏｂｅｈｅｌｐｆｕｌｔｏｔｈｅｏｔｈｅｒｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ；ｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｈｉｇｈｒｏａｄｂｅｄ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ

长江三角洲地区水网密布，经济较发达。特殊的地理人文环境使得在该地区建设高速公路，需要修筑较多的大桥、通道和涵洞等，这些结构物的引道或路段常常会遇到高路堤填筑的问题，给软基处理带来很大的困难［１，２］。众所周知，高速公路软基处理中路堤地基的稳定性和沉降是工程的建设者最为关注的两个问题，而这类高填土路段的地基稳定性问题在工程施工阶段则显得尤为重要，这不仅因为软基处理方案设计难度大、施工困难，而且因为这些路段的成败往往影响整个工程的施工进度和工期［３］。本文结合高速公路软基处理工程问题研究的实际，介绍在高速公路软基处理中高填土路堤稳定性控制方面的研究成果和施工经验。

该标段所经区域主要为海陆交互沉积的滨海平原区，西高东低呈微倾斜状，地势低平，水系发育，地面标高一般２～４ｍ，浅部新近沉积的软土分布较为普遍。

区内沉积有下更新统豆冲村组、中更新统泊岗组、上更新统戚咀组以及全新统连云港组。下更新统豆冲村组沉积，以泗阳—灌南—废黄河口一线为中心，沉积最大厚度６０ｍ，向两侧逐渐减小。岩性以褐黄、黄绿夹灰白色亚粘土为主，并有粉细砂层，属陆相平原冲积—海陆过渡相沉积。中更新统泊岗组主要分布在六塘河与废黄河之间，沉积厚度２０～６０ｍ，岩性以褐黄色亚粘土为主，属海陆过渡相。上更新统戚咀组受海陆交互影响，成因及岩性变化较大，下部以褐黄色亚粘土为主，中部为灰色亚粘土、淤泥质亚粘土与粉砂互层，上部岩性与中、下部类似，仅厚度较薄，为海陆交互相沉积。全新统连云港组

１工程案例

江苏某沿海高速公路第３合同段，全长７６４４ｍ。

作者简介：刘流（１９７９－），男，江苏泗阳人，助理工程师，长期从事道路设计和研究工作。

第５期刘流：基于两种不同软基处理方法的高填土路基稳定性分析

・２５・

自西向东厚度增大（３～２０ｍ），陆相减弱，海相增加，中、下段以黄褐色亚粘土与粉砂互层为主，其上部为淤泥或淤泥质粘土层，一般厚度１～１０ｍ，上段以黄褐色亚粘土为主。

在工作区浅部普遍分布的２－２层淤泥，２－３层淤泥质（亚）粘土－亚粘土，压缩性高，抗剪强度低，渗透性小，具触变性，易导致路基较大沉降和失稳；不利于桥台稳定。

全线含特大桥１座（２８９６ｍ）；中小桥８座；横山、

互通立交桥２座；涵洞３３处。根据路线和实际功能需要，施工标段中含两处高填土软基路段，即镇海湾大桥东岸横山立交桥附近Ｋ７６＋４６０～Ｋ７７＋２００和镇海湾大桥西岸北陡立交桥附近Ｋ８１＋１９０～Ｋ８１＋５２９，其中Ｋ７６＋４６０～Ｋ７７＋２００路段最高路堤填土达９．３ｍ，平均填土在８．０ｍ左右；Ｋ８１＋１９０～Ｋ８１＋５２９路段最高路堤填土达８．９ｍ，平均填土在８．５ｍ左右。

２软基处理方案

地质勘探资料反映，两处高填土路段的软土层

厚度分别为：东岸平均在９．０ｍ左右；西岸平均在

６．０ｍ左右。虽然，两处的软土层厚度均不算深厚，

但软土的工程性质较差，主要反映在含水量高、抗剪强度指标低、压缩系数大、渗透系数小等方面，这些对于高填土路段的处理都是十分不利的因素［２，３］。根据两处的具体情况，通过详尽的理论分析和计算，东岸Ｋ７６＋４６０～Ｋ７７＋２００选择采用真空预压处理方案；西岸Ｋ８１＋１９０～Ｋ８１＋５２９选择采用粉喷桩复合地基处理方案。

２．１Ｋ７６＋４６０～Ｋ７７＋２００段的处理方案

２．１．１

处理方案的选择

在东岸Ｋ７６＋４６０～Ｋ７７＋２００段软基处理方案的

选择中，课题组进行了多种处理方案的比较。（１）若采用普通的堆载预压处理方案，首先遇到填土高度问题，为了保证处理效果，减少工后沉降，需要增加超载预压土方，该段又逢桥头路段一般需超载１．５～２．０ｍ；另外，软土的含水量高、

压缩系数大，在填筑过程中沉降量也大，根据理论计算总沉降量在２．０ｍ左右，超载预压填土、沉降土方，再加上路堤自身填土，在施工期间路堤实际总填土高度将达１４．０ｍ左右，如此高的填土其稳定性控制将十分困难。其次遇到施工工期问题，根据物理力学指标计算得到，该处的填土极限高度只有１．８ｍ左右，大部分路堤填土需要依靠土体固结变形后强度增长来承担，在这种渗透系数小的软土上，固结变形完成往往较缓

慢，经过详细的理论计算，将接近１４．０ｍ左右高的填土填上，施工工期至少需要２年。从处理方案的经济功能比分析上看，该方案为不合理方案。（２）若采用粉喷桩复合地基处理方案，首先遇到成桩的有效长度问题，大量的工程实践经验表明，粉喷桩的有效长度一般在８．０ｍ左右，超过此长度很难保证桩体效应；其次遇到经济问题，真空预压处理工程造价在２４０元／ｍ２左右，而根据实际荷载计算，该处粉喷桩复合地基处理的工程造价在５００元／ｍ２左右，按处理宽度５０ｍ计算，需增加投入８００多万元。从处理方案的经济功能比上看，该方案也为不合理方案［４］。

从Ｋ７６＋４６０～Ｋ７７＋２００段的地质勘探资料上看，该路段淤泥层变化相对平缓，中间不含透水性强的夹层，淤泥层下面又是透水性较弱的细中砂层，这些都使得抽真空效果易保证。另外，真空预压处理方法以真空载代替超载填土，使其具有超载量大、稳定性安全系数高、施工工期短、工后沉降小等的特点，因此，该段选择采用真空预压处理方案［５］。

２．１．２处理方案

考虑到Ｋ７６＋４６０～Ｋ７７＋２００段的具体情况和特殊

地形环境，设计时将真空预压处理范围扩大到包含路堤两边反压护道的地基，处理方案主要内容如下：

（１）处理宽度：路堤地基宽度５０ｍ＋反压护道地

基宽度３０ｍ。

（２）袋装砂井：直径７０ｍｍ；间距１．２ｍ，采用正

三角形布置；长度１０ｍ，要求打穿淤泥层。

（３）砂垫层：厚度０．８ｍ；宽度地基处理宽度向外

延伸０．５ｍ。

（４）排水滤管：直径６０ｍｍ（ＰＶＣ管）；埋设于砂垫

层中部，间距５．５ｍ，布置采用鱼刺形。

（５）排水主管：直径９０ｍｍ（ＰＶＣ管）；采用环形

部置。

（６）膜下真空度：８０ｋＰａ。

（７）真空＋堆载联合作用期大于３个月。（８）反压护道设计宽度：１５ｍ；反压护道设计高

度：４．５ｍ。

２．２Ｋ８１＋１９０～Ｋ８１＋５２９段的处理方案２．２．１

处理方案的选择

由于真空预压处理方法，在解决高填土路堤地基稳定性方面具有很强的优势，而且相对经济［５］，作为Ｋ８１＋１９０～Ｋ８１＋５２９段处理方案的选择，首先应该考虑这种处理方案。但对于具体情况，选择真空预压方案将会遇到如下不利因素。（１）处理质量问

・２６・

现代交通技术２００７年

题。地质勘探资料查明，该处软土层厚度变化较大，这不仅反映在沿路基纵向，而且反映在沿路基的横向。从整体上看，在路基范围内软土层厚度变化形成一个个锅底状，若采用真空预压或堆载预压很难避免差异沉降存在，直接影响处理质量，造成不稳定隐患。（２）施工组织问题。该处四面环山，没有水源，对于利用水循环达到获取真空度的真空预压方法，显然给施工组织带来一定的困难。另外，该处是在原有软基处理出现问题后进行再处理工程，原有的路堤填土已在表面形成硬壳层，而且路堤地基内因问题的出现存在明显的薄弱带，这些都给袋装砂井等施工造成一定的困难，并影响处理效果。（３）施工工期问题。根据实际填土高度，对采用真空预压处理方案的施工工期进行了详细计算，考虑路堤填筑期、联合作用期和预压期，总工期需要近１年，这与整个工程的施工工期要求相差甚远［６］

。

Ｋ８１＋１９０～Ｋ８１＋５２９段软土层厚度在０．６０～６．８０ｍ

之间，小于粉喷桩的有效长度，桩体效应可充分发挥。另外，粉喷桩复合地基处理方法，采用复合地基承载原理设计，可最大限度减少不均匀沉降，同时，这种处理方法不需要各种形式的预压期，大大缩短了施工工期。由于粉喷桩施工长度短，该种处理方法的工程造价与真空预压处理方法相比，已大为接近。就处理方法的经济功能而言，此处采用粉喷桩复合地基处理方法明显高于其它处理方法［７］。

２．２．２处理方案

粉喷桩抗剪能力较弱，在高填土路段，为了减

少地基的侧向位移，保持复合地基的完整性和承载能力，设计时增加了反压护道，处理方案的主要内容如下：

（１）处理宽度：路堤地基宽度５２ｍ＋左右两边各

向外延伸１．０ｍ。

（２）粉喷桩：直径０．５ｍ；间距１．０ｍ，采用正三角

形布置；长度６ｍ，要求打入持力层。

（３）水泥含量：５０ｋｇ／ｍ，采用二次上下复搅工艺。（４）复合地基承载力大于２００ｋＰａ。

（５）反压护道设计宽度：１５ｍ；反压护道设计高

度：４．５ｍ。

３路基稳定性分析

为了增强对高填土路堤处理的科学化管理程

度和提高施工过程的科技含量，对两处高填土路堤地基的稳定性进行了较详细的理论分析和计算。根据地质条件、总沉降量、路堤填土高度和不同的处

理方法等情况，在两处高填土路段分别选取了２个典型断面进行分析计算。考虑到实测累计沉降和沉降速率，计算时地基固结度选取７０％，计算结果参见表２。

表２

超载预压处理段稳定性计算结果

安全系数Ｆｓ

断面桩号淤泥层填土高

厚度／ｍ度／ｍ

堆载

真空预压或真空预压＋

预压

复合地基反压护道

Ｋ７６＋４６０～Ｋ７７＋２００真空预压段

Ｋ７６＋７０５７．６８．８７０．９４４１．１３６１．３１１Ｋ７６＋８８０８．４９．２６０．９２４１．１０４１．２８０Ｋ８１＋１９０～

Ｋ８１＋５２９粉喷桩复合地基段Ｋ８１＋２８０５．６８．４５０．９５８１．２３７１．４２７Ｋ８１＋４５０

５．８

８．６４

０．９４６

１．２１３

１．３８１

从稳定性安全系数的计算结果上看，采用普通堆载预压处理方法存在稳定性安全隐患，要提高稳定性安全系数，一般采用延长填土间隙期，使地基固结程度加大。对软土渗透系数小的地基，将大大延长路堤填筑的施工工期。因此，对于高填土软基路段，采用普通的堆载预压处理方案并不合理，工程造价上的优势将在工期延长中丧失怠尽［７］。

Ｋ７６＋４６０～Ｋ７７＋２００段采用真空预压处理，Ｋ８１＋１９０～Ｋ８１＋５２９段采用粉喷桩复合地基处理，既

减少路堤填土高度，又使稳定性安全系数有了大幅度的增加。但从稳定性安全系数上分析，抗干扰的能力并不强。对于施工工期相对较长和关键工程，在设计方案的选择上一定要考虑突发事件的发生，留有安全储备。在高填土路段，由于填筑时间较长、填筑次数多易发生间隙期未到即开始填筑、每次填筑量大于设计量等问题，另外，还存在一些地质方面和施工方面的不确定因素等。综合考虑在两处的设计方案中增加反压护道是比较合理的，稳定性安全系数增大，抗干扰能力增强，在工程实践中也证实了这点。

４施工过程控制

理论分析和计算与施工过程的实际情况之间

总是存在一定的差异，因此，在建立比较完备的稳定性控制体系基础上，坚持长期的、有效的现场观测数据分析和巡视是必要的，这样即可将一些隐患消灭在萌芽中，又可对已出现稳定性问题前兆的路段进行及时处理。根据稳定性控制要求和施工需要，两处高填土路段均委托了具有较高专业水平的单位进行现场观测，观测项目有表面沉降、孔隙水

第５期刘流：基于两种不同软基处理方法的高填土路基稳定性分析

・２７・

压力、分层沉降和水平位移等，观测数据要求及时整理上报。委派专门人员督促施工单位严格按照有关稳定性控制标准执行，同时，要求观测单位加强现场监测力度和频率。为了确保方案的有效实施，制定了一整套的路堤填筑稳定性控制预报审批制度，即施工中采用控制填土速度方法，施工单位每次填土施工前必须将近３次的沉降速率上报，经分析批准后方可填土。路堤填筑的稳定性控制是经过典型断面的稳定性计算后，按填土计划指导每一层填土时间。在施工过程中，通过对观测数据和现场征兆的分析，先后数次调整了填土计划和处理设计方案，对出现稳定性问题前兆的路段和存在稳定性隐患的路段增加了反压护道高度；对已出现失稳迹象路段及时采取有效措施避免进一步发展，同时，提供有关现场观测和理论分析资料，使专家们在专题会议上能尽快确定合理处理方案。

为，根据具体问题选择合理的处理方案是基础；严格的稳定性控制措施和组织保障是最大限度保证路堤填筑过程中稳定性的条件；做好现场动态监控加大科技含量是根本。

参考文献

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５结语

高速公路软基处理中高填土路堤的稳定性控

２０００，１１（３）：４９－５７．

［７］钱家欢．土工原理与计算［Ｍ］．北京：水利电力出版社，

１９９４．

（收稿日期：２００７－０６－０１）

制一直是建设者们所关注的焦点问题之一。笔者认

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!江苏省高速公路联网不停车收费系统

项目工作大纲顺利通过专家评审

根据２００７年１月交通部召开的京津冀和长三角区域高速公路联网不停车收费联系会议要求，我省成立了江苏省高速公路联网电子不停车收费系统建设领导小组，并下设总体协调组、技术规范与运ＥＴＣ技术组、营管理组、实施与测试组四个工作组，拉开了我省高速公路联网不停车收费系统建设序幕。

历经３次省际联席会议和４次省内系统实施总体协调组会议，厅科技处和省高速公路联网收费中心就车道栏杆设置、省界站合建模式、省际结算清分、我省示范工程的实施范围和规模、ＭＴＣ改造研究等关键技术问题进行了细致地分析研讨，在此基础上，梳理出系统实施方案、暂行技术要求、运营管理体系三个专项研究课题。

系统实施方案研究着眼于指导江苏省高速公路ＥＴＣ示范工程建设与应用，以及现有系统的改造，主要包括系统总体架构及功能要求、密钥管理、数据传输、联网结算、后台管理、投资估算等，以及ＥＴＣ车道控制机要求及专用设备性能要求、专用车道交易流程和特情处理、车道设备布局安装要求等方面内容。

暂行技术要求研究以国家标准为基础，研究解决江苏省高速公路ＥＴＣ系统实施技术标准、与其他省份信息交互等技术问题，主要包括ＥＴＣ收费系统框架、设备编码、车道操作流程、数ＥＴＣ联网收费的数据规约、

据存储格式、密钥管理、电子标签发行、数据安全及快速恢复等技术要求等内容。ＥＴＣ与ＭＴＣ融合、运营管理体系研究拟针对高速公路ＥＴＣ实施和运营管理需要，研究解决江苏省ＥＴＣ系统的管理体制和营销策略，及与其他省份ＥＴＣ系统运营管理系统的衔接，以更好地推进ＥＴＣ技术在全省高速公路网的应用，内容主要包括ＥＴＣ运营管理体制、营销管理体系、客户服务体系、系统特情处理、系统日常运营维护管理等。

专家组认为，三个专题研究工作开展很及时，很必要，对于加快推进技术研究攻关和后续系统实施、按期保质完成示范工程建设任务具有重要意义，且对长三角区域各省（市）的系统建设与协同运作具有借鉴和指导作用，一致同意３个项目的工作大纲通过评审。